廠房梯形鋼屋架設(shè)計

目錄設(shè)計資料（2）結(jié)構(gòu)形式與支撐布置（2）1.屋架形式及幾何尺寸（2）2.屋架支撐布置（3）荷載計算（4）1.荷載設(shè)計值（4）2.荷載組合（4）內(nèi)力計算（6）桿件設(shè)計（7）1.上弦桿（7)2.下弦桿（8)3.斜腹桿“Ba”（9)4.豎桿“Gg”(10)5.各桿件的截面選擇計算(10)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(12)1.下弦節(jié)點(diǎn)“c”(12)2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”(13)3.屋脊節(jié)點(diǎn)“H”(15)4.支座節(jié)點(diǎn)“a”(16)七、屋架施工圖(19)附節(jié)點(diǎn)詳圖1-6(20)一、設(shè)計資料某廠房總長度為90m，跨度為L=21m，屋蓋體系為無檁體系，縱向柱距為6m。1.結(jié)構(gòu)形式:鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強(qiáng)度等級為C30，屋面坡度i=L/10，L為屋架跨度。地區(qū)計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質(zhì)，地震設(shè)防烈度為7級，設(shè)計基本抗震加速度為0.1g.。二類場地。屋架下弦標(biāo)高為18m，廠房內(nèi)橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。2.屋架形式及荷載:屋架形式、幾何尺寸及內(nèi)力系數(shù)（節(jié)點(diǎn)荷載P=1.0作用下桿件的內(nèi)力）如附圖所示。屋架采用的鋼材、焊條為：用Q345鋼，焊條為E50型。3.屋蓋結(jié)構(gòu)及荷載:無檁體系：采用1.5m×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土屋板（考慮屋面板起系桿作用）。荷載：①屋架及支撐自重：按經(jīng)驗公式q=0.12+0.011L，L為屋架跨度，以m為單位，q為屋架及支撐自重，以kN/m2為單位；②屋面活荷載：施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m2，雪荷載的基本雪壓標(biāo)準(zhǔn)值為S=0.65kN/m2，施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值，此活荷載取0.7kn/m2.。積灰荷載0.6kN/m2。③屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4kN/m2水泥砂漿找平層0.4kN/m2保溫層0.35kN/m2一氈二油隔氣層0.05kN/m2水泥砂漿找平層0.3kN/m2預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.45kN/m2二、屋架形式、尺寸、材料選擇及支撐布置本方案為無檁屋蓋方案，i=1/10，采用平坡梯形屋架。屋架計算跨度L=L-300=2700mm,0端部高度取H=1990mm,0中部高度H=3040mm,屋架幾何長度見圖鋼材采用Q235鋼，焊條為E50型，手工焊。根據(jù)車間長度，屋架跨度和荷載情況，設(shè)置上下弦桿橫向水平支撐，垂直支撐和系桿圖1屋架形式及幾何尺寸2.屋架支撐布置如下圖2所示：

6000*15=90000垂直支撐1-1垂直支撐2-2垂直支撐2-2CC3GG3LG4CC6CC3GG3GG3GG34LG4LG4LG符號說明：SC—上弦支撐XC—下弦支撐CC—垂直支撐GG—剛性系桿LG—柔性系桿圖2屋架支撐布置三、荷載和內(nèi)力計算1.荷載設(shè)計值永久荷載設(shè)計值：預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板1.451.351.957kN5/m2屋架及支撐自重(0.120.01121)1.350.474kN/m2三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.41.350.54kN/m2水泥砂漿找平層0.41.350.54kN/m2保溫層0.351.35=0.4725kN/m2一氈二油隔汽層0.051.350.067kN5/m2水泥砂漿找平層0.31.350.405kN/m2合計4.457kN/m2可變荷載設(shè)計值：屋面活荷載0.71.40.98kN/m2積灰荷載0.61.4=0.84kN/m2 合計1.82kN/m22.荷載組合設(shè)計屋架時，應(yīng)考慮以下3種荷載組合：使用階段荷載情況：（1）全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載及可變荷載：F=(4.457+1.82)1.56=56.49KN全跨節(jié)點(diǎn)永久荷載：F=4.4571.56=40.11KN1半跨節(jié)點(diǎn)可變荷載：F=1.821.56=16.38KN2施工階段荷載情況：全跨屋架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載全跨節(jié)點(diǎn)屋架自重：F=0.4741.56=4.266KN3半跨節(jié)點(diǎn)屋面板自重及活荷載：F=(1.9575+0.98)1.56=26.438KN屋架在上述3種荷載組合作用下的計算簡圖如下圖3所示：FFFFFFFFFF/2199020700A2850300030003000300030002850HGFEDCBdcbaF/20403AHAHGFEDCBFFFFFFF3FFFFFFFFFFFFF/2F/2F/2圖3荷載組合作用下的計算簡圖四、內(nèi)力計算由以下圖4得F=1時屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）21米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值21米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內(nèi)力值圖4屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)由屋架各桿件的內(nèi)力系數(shù)求出各種組合荷載情況下的內(nèi)力，計算結(jié)果見下表1：內(nèi)力系數(shù)（F=1） 第1種組合 第2種組合 第3種組合計算桿桿件名稱 件內(nèi)力 全跨1左半跨2 右半跨3 F1 F11F22F11F23F31F42F31F43 （kN） AB 0.0000.0000.000 0 0 0 0 0 0上BC，CD-7.472-5.310-2.162-468.196-427.334-367.837-172.261-89.035-468.196弦DE，EF-11.262-7.339-3.923-705.677-631.532-566.97-242.072-151.760-705.677FG，GH-12.18-6.861-5.319-763.199-662.67-633.526-233.351-192.584-763.199ac4.1003.0101.090256.906236.305200.01797.06946.308256.906下弦斜腹桿豎桿ce 9.7446.6633.081610.559552.328484.628217.724123.023610.559eg 11.9627.3264.636749.539661.919611.078244.715173.596749.539gh 11.7685.8845.884737.383626.175626.175205.763205.763737.383Ba -7.684-5.641-2.043-481.479-442.867-374.865-181.917-86.793-481.479Bc 5.8083.9601.848363.930329.002289.085129.471 73.634363.930Dc -4.409-2.633-1.776-276.268-242.702-226.504-88.420-65.763-276.268De 2.7921.2221.570174.947145.274151.851 44.218 53.418174.947Fe -1.572-0.047-1.525-98.502-69.679-97.613 -7.949 -47.024-98.50240.190Fg 0.328-1.0391.36720.552 -5.284 40.190 -26.07037.540-26.07067.357Hg 0.7131.913-1.20044.677 67.357 8.521 53.618 -28.684-28.684Aa -0.5 -0.50.00 -31.33 -31.33 -21.88 -15.352 -2.133 -31.33Cc，Ee -1.0 -1.00.00 -62.66 -62.66 -43.76 -30.704 -4.266 -62.66Gg -1.0 -1.00.00 -62.66 -62.66 -43.76 -30.704 -4.266 -62.66表1屋架桿件內(nèi)力組合表注：F=62.66kN，F(xiàn)=43.76kN，F(xiàn)=18.9kN，F(xiàn)=4.266kN，F(xiàn)=26.438kN 1 2 3 4五、桿件設(shè)計腹桿最大內(nèi)力N=-481.479kN，查表7.4，中間節(jié)點(diǎn)板厚度選用10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度選用12mm。1.上弦桿（圖5）整個上弦采用等截面，按FG、GH桿件的最大內(nèi)力設(shè)計。N=-763.199kN=-763199N，上弦桿平面內(nèi)計算長度l150.75cm；在屋架平面外，0x根據(jù)支撐布置和內(nèi)力變化情況，平面外計算長度l3150.75cm452.25cm。0y因為l3l，故截面宜選用兩個不等肢角鋼短肢相并，選用2L140908，如下0y 0x圖5所示：圖5上弦桿截面圖設(shè)70，查附表4.2得0.751 N 763199需要截面面積為：Amm23278.2mm2f0.751310 l 150.75需要的回轉(zhuǎn)半徑為：i0xcm2.154cmx70 l 452.25i0ycm6.461cmy70根據(jù)需要的A、i、i查角鋼規(guī)格表，選用2L1258010，截面特征為： x yA39.4cm2，i=2.26cm，i=6.11cm，按所選角鋼進(jìn)行驗算：y l 150.75 1500x66.70xi2.26xl0y452.2574.01150yi6.11y滿足長細(xì)比要求。由于，只需求，查表得0.725，于是x y y N 763199 N/mm2267.2N/mm2f310N/mm2，A0.7253940y所選桿件滿足要求。2.下弦桿（圖6）圖6下弦桿截面圖整個下弦采用同一截面，按最大內(nèi)力所在的“eg”桿計算。N 749.539kN749539N,l300cm，l1035cm max 0x 0yN749539所需截面面積為：Amm224.18cm2f 310選用2L110707，因為ll，故選用不等肢角鋼短肢相并。 0x 0yA24.6cm224.18cm2，i=2.00cm，i=5.39cm x y l 300350，l0y1035192.023500x 150 xi 2.00 yi 5.39x y滿足長細(xì)比要求，故所選桿件滿足要求。3.斜腹桿“Ba”（圖7）圖7斜腹桿“Ba”截面圖桿件軸力N-481.479kN-481479N計算長度ll253cm，因為ll，故采用不等肢角鋼長肢相并，使ii。 0x 0y 0x 0y x y選用2L1006310，則A31.0cm2，i=3.15cm，i=2.72cm x y l 253 l 2530x80.32，0y93.01xi3.15yi2.72y因為，故只需求=0.601，x y N 481479 N/mm2258.43N/mm2f310N/mm2，A0.6013100y所選桿件滿足要求。4.豎桿“Gg”（圖8）圖8豎桿“Gg”截面圖N-62.66kN-62660，Nl2890.8cm231.2cm，l289cm 0x 0y由于內(nèi)力較小，故按150選擇，所需的回轉(zhuǎn)半徑為： l 231.2i0x150cm1.54cmx l 289i0y150cm1.93cmy查型鋼表，選擇截面的回轉(zhuǎn)半徑較計算的要略大些，故選用A668mm2，i=1.75cm，i=2.64cm x yl231.21500x132.1xi1.75xl0y289109.5150yi 2.64y因為，故只需求0.378， x y y N 62660N/mm2248.2N/mm2f310N/mmA0.378668x2L563。2，桿件滿足要求。5.其余各桿件的截面選擇計算過程不一一列出，其計算結(jié)果見表2（在下一頁）。六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計1.下弦節(jié)點(diǎn)“c”（圖9）圖9下弦節(jié)點(diǎn)“c”詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計算用E50型焊條角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計值為fw200N/mm2。fBc桿：設(shè)“Bc”桿的肢背和肢尖焊縫h8mm和h6mm，則所需的焊縫長度為： f f kN 0.7363930肢背:l 1 mm113.7mmw120.7hfw20.78200ff考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為14c。mf kN 0.3363930肢尖:l 2 mm64.99mmw220.7hfw20.76200ff實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為8cm。fDc桿：設(shè)“Dc”桿的肢背和肢尖焊縫h8mm和h6mm，則所需的焊縫長度為：f f kN 0.7276268肢背:l 1 mm86.3mmw120.7hfw20.78200ff考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為10c。mf kN 0.3276268肢尖:l 2 mm49.3mmw220.7hfw20.76200ff實(shí)際焊縫長度為計算長度加2h，取為6cm。fCc桿：由于“Cc”桿內(nèi)力很小，故焊縫尺寸可按構(gòu)造要求確定，取h5mm。f確定節(jié)點(diǎn)板尺寸根據(jù)上面求得的焊縫長度，按構(gòu)造要求留出桿件間應(yīng)有的間隙并考慮制作和裝配等誤差，按比例繪出節(jié)點(diǎn)詳圖，從而確定節(jié)點(diǎn)板的尺寸為260mm350mm。下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗算下弦與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫長度為250mm，取h6mm，焊縫所受的力為左右兩下f弦桿的內(nèi)力差N(610.559-256.906)kN353.653kN，對受力較大的肢背處焊縫進(jìn)行強(qiáng)度驗算：0.75353653N/mm293.42N/mm2fw200N/mm2，f20.76(35012) f焊縫強(qiáng)度滿足要求。2.上弦節(jié)點(diǎn)“B”(圖10)圖10上弦節(jié)點(diǎn)“B”詳圖（1）腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計算Bc桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸和下弦節(jié)點(diǎn)“c”相同。Ba桿：肢背和肢尖焊縫分別采用h10mm和h8mm，則所需的焊縫長度為：f f kN 0.7481479肢背:l 1 mm120.4mm，取14cmw120.7hfw20.710200ff kN 0.3481479肢尖:l 2 mm64.5mm，取8cmw220.7hfw20.78200ff(2)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸(方法同下弦節(jié)點(diǎn)“c”)確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為250mm400mm。(3)上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗算應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)荷載P和上弦相鄰節(jié)間內(nèi)力差N的共同作用，并假定角鋼肢背槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載P的作用，肢尖角焊縫承受相鄰節(jié)間內(nèi)力差N及其產(chǎn)生的力矩作用。肢背槽焊縫強(qiáng)度驗算：h0.5t(0.510)mm5mm，ll(40010)mm390mm,f w1 w2節(jié)點(diǎn)荷載，P=62.66kN P 62660N/mm222.95N/mm2fwf20.7hl20.75390ffw1肢尖角焊縫強(qiáng)度驗算：弦桿內(nèi)力差為N(468.196-0)kN468.196kN，軸力作用線至肢尖焊縫的偏心距為e9025mm65mm，偏心力矩為MNe(468.4960.065)kNm30.452kNm N 468496則 N/mm2171.61N/mm2 N20.7hl 20.75390fw2 M 6M 630.452106 N/mm285.80N MW 20.7hl 20.7103902 w fw2 85.802(M)2171.612( )2N/mm2185.46N/mm N 1.22 1.22滿足強(qiáng)度要求。200N/mm2，fw200N/mm2f/mm22fw200N/mm2f3.屋脊節(jié)點(diǎn)“H”（圖11）1-1圖11屋脊節(jié)點(diǎn)“H”詳圖腹桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫長度的計算方法與以上幾個節(jié)點(diǎn)相同，計算過程略，結(jié)果見圖11。確定節(jié)點(diǎn)板尺寸為：250mm450mm計算拼接角鋼長度弦桿一般都采用同號角鋼進(jìn)行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠密合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直直肢的一部分寬度。拼接角鋼的這部分削弱，可以靠節(jié)點(diǎn)板來補(bǔ)償。接頭一邊的焊縫長度按弦桿內(nèi)力計算。拼接角鋼規(guī)格與上弦桿相同，長度取決于其與上弦桿連接焊縫要求，設(shè)焊縫h10mm，則所需焊縫計算長度為（一條焊縫）：f N 763199l mm136.3mmw40.7hfw40.710200ff拼接角鋼總長度，L(2136.31020)mm302.6mm，取300mm。豎肢需切去(1085)mm23mm，取25mm，并按上弦坡度熱彎。上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的強(qiáng)度驗算上弦角鋼肢背與節(jié)點(diǎn)板之間的槽焊縫承受節(jié)點(diǎn)荷載P，焊縫強(qiáng)度驗算同上弦節(jié)點(diǎn)“B”，計算過程略。上弦角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫強(qiáng)度按上弦內(nèi)力的15%驗算。設(shè)h10mm，節(jié)f點(diǎn)板長度為450mm，節(jié)點(diǎn)一側(cè)焊縫的計算長度為l(250251010)mm205mmw 0.15N 0.15763199則N/mm239.89Nf20.7hl20.710205fw M 6M 60.1576319965N/mmfW20.7hl20.7102052 w fw2 75.89/mm2275.89N/mm22(f)239.892()2N/mm273.90N/mm2fw200N/mm2f1.221.22 f焊縫強(qiáng)度滿足要求。因屋架的跨度較大，需將屋架分為兩個運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)和下弦跨中節(jié)點(diǎn)設(shè)置工地拼接，左半跨的上弦桿、斜腹桿和豎腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工廠焊縫，而右半跨的上弦桿、斜腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接用工地焊縫。4.支座節(jié)點(diǎn)“a”（圖12）`圖12支座節(jié)點(diǎn)“a”詳圖為了便于施焊，下弦桿軸線至支座底板的距離取160mm，在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋的高度與節(jié)點(diǎn)板高度相等，厚度為12mm。（1）支座底板的計算支座底板尺寸按采用280mm360mm，承受支座反力R7F762.66kN438.62kN，若僅考慮有加勁肋部分的底板承受支座反力作用，則承壓面積為A280212mm259360mm2，則柱頂混凝土的抗n壓強(qiáng)度按下式驗算： R 438620N/mm A 59360n27.39N/mm2f14.3N/mm2c式中，f為混凝土強(qiáng)度設(shè)計值，對C30混凝土，f14.3N/mm2。 c c底板的厚度按桁架反力作用下的彎矩計算，節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將底板分成四塊，每塊板為兩相鄰邊支承而另兩相鄰邊自由的板，見圖12。板的厚度由均布荷載作用下板的抗彎強(qiáng)度確定：底板下的平均應(yīng)力q為：q7.39N/mm2兩支承邊之間的對角線長度a為：1 12